特開 2022-68969 排熱回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022068969

(43)【公開日】2022-05-11

(54)【発明の名称】排熱回収装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 5/02 20060101AFI20220428BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20220428BHJP

【ＦＩ】

F01N5/02 B

F01N5/02 G

F01N13/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020177832

(22)【出願日】2020-10-23

(71)【出願人】

【識別番号】000138521

【氏名又は名称】株式会社ユタカ技研

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(72)【発明者】

【氏名】内田 智幸

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 こずえ

(72)【発明者】

【氏名】小池 恭平

【テーマコード（参考）】

3G004

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004DA01

3G004DA14

3G004DA24

(57)【要約】

【課題】非回収モードにおける排気ガスと冷却水との熱交換を抑制しつつ、小型化が可能な排熱回収装置を提供すること。
【解決手段】連通孔２１は、熱交換器１４よりも上流側に位置している。第１の流路３０は、連通孔２１が位置していることにより排気ガスの流れを分岐させる分岐路３１を有している。分岐路３１の上流側には、分岐路３１に向かって流路面積が小さくなる縮小路３５が位置している。バルブ１００により開閉される開口１０５の面積Ｂ２は、縮小路３５のなかの最小の流路面積Ｂ１よりも大きい。バルブ１００よりも後方において、第３の流路８０のなかの任意の位置における流路面積Ｂ３は、バルブ１００により開閉される開口１０５の面積Ｂ２と等しいか、又は、開口１０５の面積よりも大きい（Ｂ１＜Ｂ２≦Ｂ３）。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状を呈しており、内部が排気ガスの第１の流路である第１の筒と、
筒状を呈しており、前記第１の筒を囲うことにより、前記第１の筒と共に第２の流路を構成している第２の筒と、
排気ガスの流れ方向を基準として前記第２の筒の上流側の端部を塞いでいる閉塞部材と、
前記第１の筒に形成されており、前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させている連通孔と、
前記連通孔から前記第２の流路に流れ込んだ前記排気ガスと、冷却水とで、熱交換を行う熱交換器と、
前記連通孔よりも下流側にて、第１の流路を開閉可能なバルブと、
筒状を呈しており、内部が前記第１の流路又は前記第２の流路を通過した排気ガスの第３の流路である第３の筒と、を有する排熱回収装置において、
前記連通孔は、前記熱交換器よりも上流側に位置しており、
前記第２の流路を流れる排気ガスは、前記閉塞部材側に向かうことなく、第３の流路に向かって流れ、
前記第１の流路は、前記連通孔が位置していることにより排気ガスの流れを分岐させる分岐路を有しており、
前記分岐路の直ぐ上流側には、前記分岐路に向かって流路面積が小さくなる縮小路が位置しており、
前記バルブにより開閉される開口の面積は、前記縮小路のなかの最小の流路面積よりも大きく、
前記バルブよりも後方において、前記第３の流路のなかの任意の位置における流路面積は、前記バルブにより開閉される前記開口の面積と等しいか、又は、前記開口の面積よりも大きいことを特徴とする、排熱回収装置。

【請求項2】

前記第１の筒は、単一の部材により構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項3】

前記第１の筒のうち、前記連通孔が位置している部位の断面は、全体としてレーストラック形状を呈している、ことを特徴とする請求項２に記載の排熱回収装置。

【請求項4】

前記第１の筒は、各々が筒状を呈している、上流側の第１の半体と、下流側の第２の半体と、の２つの部材によって構成されており、
前記第１の半体の内部には、前記縮小路が構成されており、
前記第２の半体は、前記連通孔を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項5】

前記縮小路は、前記第１の筒の内周面と、前記第１の筒の前記内周面の一部に対して接合されて前記排気ガスの流れをガイドするガイド板と、によって構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項6】

前記閉塞部材の断面は、波状を呈している、ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の排熱回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガスの熱により熱交換を行う排熱回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の走行中にエンジンで発生する排気ガスの熱により冷却水を温める、排熱回収装置が知られている。排熱回収装置として、例えば、特許文献１に開示される技術がある。図１０は、特許文献１の図１を再掲して符号を振り直したものである。

【0003】

排熱回収装置５００は、内部が排気ガスの第１の流路５０１である内筒５１０と、内筒５１０を囲っている外筒５２０と、外筒５２０の外周に設けられた環状の熱交換器５３０と、熱交換器５３０の上流側に配置されている上流側閉塞部材５４０と、熱交換器５３０の下流側に配置されている下流側閉塞部材５５０と、下流側閉塞部材５５０の下流端を開閉可能なバルブ５６０と、第１の流路５０１を通過した排気ガス又は熱交換器５３０を介して熱交換した排気ガスを外部に排出する排出筒５７０と、を有している。

【0004】

外筒５２０の外周には、排気ガスの第２の流路５０２が構成されている。第２の流路５０２は、上流側閉塞部材５４０と、熱交換器５３０と、下流側閉塞部材５５０とに囲われた領域である。外筒５２０には、第１の流路５０１と、第２の流路５０２とを連通させる複数の連通孔５２０ａが形成されている。

【0005】

排熱回収装置５００は、排気ガスの熱を回収する熱回収モードと、排気ガスの熱を回収しない非回収モードとに切替可能である。熱回収モードと、非回収モードとの切り替えは、バルブ５６０の開閉により行う。

【0006】

バルブ５６０が閉じている場合、排気ガスの導入口となる内筒５１０の上流側の端部から導入された排気ガスは、第１の流路５０１と、連通孔５２０ａとを通過して、第２の流路５０２に流れ込む。第２の流路５０２に流れ込んだ排気ガスは、熱交換器５３０の内部を流れる冷却水と熱交換を行い、排出筒５７０の内部を通過し、外部に排出される（熱回収モード）。

【0007】

熱回収モードにおいて、冷却水が所定の温度に達すると、サーモアクチュエータ（不図示）が駆動してバルブ５６０が開く。排気ガスは、第１の流路５０１と、排出筒５７０の内部とを通過し、外部に排出される（非回収モード）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４８１０５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

連通孔５２０ａは常に開口している。そのため、バルブ５６０が開いている場合（非回収モード）であっても、第１の流路５０１を流れる排気ガスの一部は、連通孔５２０ａを介して第２の流路５０２に流れ込む。

【0010】

上記の通り、第２の流路５０２に流れ込んだ排気ガスは、熱交換器５３０を介して、冷却水を加熱する。即ち、熱交換を目的としていない非回収モードであっても、第２の流路５０２に排気ガスが流れ込むことにより、熱交換が不可避的に発生し、冷却水が加熱されてしまう。

【0011】

先行技術の排熱回収装置５００では、この非回収モードにおける熱交換を抑制する構成を有している。詳細には、外筒５２０の外周面と、熱交換器５３０の内周面との間には、スペースＳが確保されている。このスペースＳは、第２の流路５０２の一部であり、連通孔５２０ａから進入した排気ガスが上流側閉塞部材５４０に向かう流路を構成している。

【0012】

排気ガスは、上流側閉塞部材５４０にて折り返して、熱交換器５３０の内部を通過して、排出筒５７０の内部に流れ込む。このような折り返しを含む第２の流路５０２は、圧力損失が大きく、排気ガスが流れにくい。熱交換を抑制できる。

【0013】

一方で、折り返しを含む流路とするためには、スペースＳを確保する必要があるため、排熱回収装置５００が径方向に大型化してしまう。

【0014】

本発明は、非回収モードにおける排気ガスと冷却水との熱交換を抑制しつつ、小型化が可能な排熱回収装置の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

請求項１による発明によれば、筒状を呈しており、内部が排気ガスの第１の流路である第１の筒と、
筒状を呈しており、前記第１の筒を囲うことにより、前記第１の筒と共に第２の流路を構成している第２の筒と、
排気ガスの流れ方向を基準として前記第２の筒の上流側の端部を塞いでいる閉塞部材と、
前記第１の筒に形成されており、前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させている連通孔と、
前記連通孔から前記第２の流路に流れ込んだ前記排気ガスと、冷却水とで、熱交換を行う熱交換器と、
前記連通孔よりも下流側にて、第１の流路を開閉可能なバルブと、
筒状を呈しており、内部が前記第１の流路又は前記第２の流路を通過した排気ガスの第３の流路である第３の筒と、を有する排熱回収装置において、
前記連通孔は、前記熱交換器よりも上流側に位置しており、
前記第２の流路を流れる排気ガスは、前記閉塞部材側に向かうことなく、第３の流路に向かって流れ、
前記第１の流路は、前記連通孔が位置していることにより排気ガスの流れを分岐させる分岐路を有しており、
前記分岐路の直ぐ上流側には、前記分岐路に向かって流路面積が小さくなる縮小路が位置しており、
前記バルブにより開閉される開口の面積は、前記縮小路のなかの最小の流路面積よりも大きく、
前記バルブよりも後方において、前記第３の流路のなかの任意の位置における流路面積は、前記バルブにより開閉される前記開口の面積と等しいか、又は、前記開口の面積よりも大きいことを特徴とする、排熱回収装置が提供される。

【0016】

請求項２に記載のごとく、前記第１の筒は、単一の部材により構成されている。

【0017】

請求項３に記載のごとく、前記第１の筒のうち、前記連通孔が位置している部位の断面は、全体としてレーストラック形状を呈している。

【0018】

請求項４に記載のごとく、前記第１の筒は、各々が筒状を呈している、上流側の第１の半体と、下流側の第２の半体と、の２つの部材によって構成されており、前記第１の半体の内部には、前記縮小路が構成されており、前記第２の半体は、前記連通孔を有している。

【0019】

請求項５に記載のごとく、前記縮小路は、前記第１の筒の内周面と、前記第１の筒の前記内周面の一部に対して接合されて前記排気ガスの流れをガイドするガイド板と、によって構成されている。

【0020】

請求項６に記載のごとく、前記閉塞部材の断面は、波状を呈している。

【発明の効果】

【0021】

請求項１の排熱回収装置は、第１の流路と第１の流路の外周に設けられた第２の流路とを連通させている連通孔を有している。第１の流路は、連通孔が位置していることにより排気ガスの流れを分岐させる分岐路を有している。分岐路の直ぐ上流側には、分岐路に向かって流路面積が小さくなる縮小路が位置している。

【0022】

さらに、バルブにより開閉される開口の面積は、縮小路のなかの最小の流路面積よりも大きい。バルブよりも後方において、第３の流路のなかの任意の位置における流路面積は、バルブにより開閉される開口の面積と等しいか、又は、開口の面積よりも大きい。

【0023】

上記の構成より、いわゆる非回収モードにおいて、排気ガスが連通孔を介して第２の流路に流れ込みにくく、かつ、第２の流路から第３の流路への排気ガスの流れも抑制できる。結果、第２の流路に設けられた熱交換器による排気ガスの熱回収を抑制できる。

【0024】

加えて、連通孔は、熱交換器よりも上流側に位置している。第２の流路を流れる排気ガスは、閉塞部材側に向かうことなく、第３の流路に向かって流れる。そのため、排熱回収装置を径方向に小型化することができる。

【0025】

以上より、非回収モードにおける排気ガスと冷却水との熱交換を抑制しつつ、小型化が可能な排熱回収装置を提供することができる。

【0026】

請求項２では、第１の筒は、単一の部材により構成されている。直管の一部を塑性変形（例えば、縮径加工又は拡径加工等）することにより、最小限の部品点数で第１の流路を構成することができる。

【0027】

請求項３では、第１の筒のうち、連通孔が位置している部位の断面は、全体としてレーストラック形状を呈している。そのため、直管を径方向に挟み込んで潰すような塑性加工を施せば第１の流路を構成することができる。

【0028】

請求項４では、第１の筒は、各々が筒状を呈している、上流側の第１の半体と、下流側の第２の半体と、の２つの部材によって構成されている。第１の半体の内部には、縮小路が構成されている。第２の半体は、連通孔を有している。そのため、第１の半体、第２の半体のいずれも複雑に加工せずに第１の筒を構成することができる。

【0029】

請求項５では、縮小路は、第１の筒の内周面と、第１の筒の内周面の一部に対して接合されて排気ガスの流れをガイドするガイド板と、によって構成されている。そのため、縮小路を構成するための塑性加工を施さずに、縮小路を構成することができる。

【0030】

請求項６では、閉塞部材の断面は、波状を呈している。そのため、排気ガスの熱により、第１の筒が拡径するように熱伸びした場合であっても、閉塞部材が第１の筒の熱伸びを吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】実施例１による排熱回収装置の斜視図である。

【図2】図１の２－２線断面図である。

【図3】実施例１の排熱回収装置を構成する第１の筒と、第３の筒との斜視図である。

【図4】図１の４－４線断面図である。

【図5】図４の５－５線断面図である。

【図6】図６Ａは、比較例による排熱回収装置の内部の圧力分布図である。図６Ｂは、実施例１による排熱回収装置の内部の圧力分布図（図１の６Ｂ－６Ｂ線断面図）である。

【図7】実施例２による排熱回収装置の断面図である。

【図8】図８Ａは、実施例３による排熱回収装置の斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの８Ｂ－８Ｂ線断面図である。図８Ｃは、図８Ａの８Ｃ－８Ｃ線断面図である。

【図9】図９Ａは、実施例４による排熱回収装置の斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの９Ｂ－９Ｂ線断面図である。

【図10】従来技術による排熱回収装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

実施例を添付図に基づいて以下に説明する。

【0033】

＜実施例１＞
図１には、例えば、４輪車に搭載される排熱回収装置１０が示されている。この排熱回収装置１０は、エンジンで発生する排気ガスの熱により冷却水を加熱する。

【0034】

図中Ｕｓは上流、Ｄｓは下流を示している。なお、”上流”、”下流”とは、第１の筒の中心線ＣＬに沿って流れる排気ガスの流れ方向を基準とする。さらに、"上端部"とは、排気ガスの流れ方向の上流側の端部を指し、"下端部"とは、排気ガスの流れ方向の下流側の端部を指す。

【0035】

図１及び図２を参照する。排熱回収装置１０は、筒状を呈している（例えば円筒状だが、断面が多角形状でもよい、以下同じ）第１の筒２０を有している。第１の筒２０の内部は、排気ガスの第１の流路３０である。第１の筒２０の上端部２０ａは、排気ガスの導入口である。

【0036】

第１の筒２０は、筒状の第２の筒４０に囲われている。第２の筒４０の内周面と、第１の筒２０の外周面との間の環状の領域は、排気ガスの第２の流路５０を構成している。第１の筒２０には、第１の流路３０と第２の流路５０とを連通させている２つの連通孔２１,２１が形成されている。連通孔２１,２１は、周方向に互いに１８０度ずれている。連通孔２１の個数、大きさは適宜変更できる。

【0037】

第２の流路５０には、第１の筒２０の外周面に当接している筒状の熱交換体１４が配置されている。熱交換体１４の外周面は、第２の筒４０の内周面に対して当接している。また、第１の筒２０の外周面と熱交換体１４の内周面の間にはシール部材（図示せず）が設けられていてもよい。

【0038】

第２の流路５０の上流側は、環状の閉塞部材６０により塞がれている。閉塞部材６０の内周側の縁６１は、第１の筒２０の外周面に接合されている。閉塞部材６０の外周側の縁６２は、第２の筒４０の上端部４０ａの外周面に接合されている。

【0039】

内周側の縁６１と、外周側の縁６２との間の部位（径方向に延びている部位）を本体部６３とする。本体部６３の断面は、波状である。詳細には、本体部６３は、径方向内側に位置していると共に下流側に向かって膨らむように湾曲している第１の湾曲部６４と、第１の湾曲部６４の径方向外側に位置していると共に上流側に向かって膨らむように湾曲している第２の湾曲部６５と、を有している。

【0040】

第２の筒４０の下流側には、筒状を呈している第３の筒７０が配置されている。第３の筒７０の内部は、排気ガスの第３の流路８０である（図４も参照）。第３の流路８０は、第１の流路３０又は第２の流路５０を通過した排気ガスが流れる。

【0041】

第３の筒７０の上端部７０ａは、第２の筒４０の下端部４０ｂの外周面に接合している。第３の筒７０の下端部７０ｂは、排気ガスの排出口となる。第３の筒７０のうち、上端部７０ａと下端部７０ｂとの間の部位を本体部７１とする。

【0042】

第２の筒４０は、筒状を呈している第４の筒９０に囲われている。第４の筒９０は、第２の筒４０の外周の半分を囲っている第１の半体９１と、残り半分を囲っている第２の半体９２と、から構成されている。

【0043】

第１の半体９１の上端部９１ａと、下端部９１ｂとは、それぞれ、第２の筒４０の外周面に接合されている。第２の半体９２の上端部９２ａと、下端部９２ｂとは、それぞれ、第２の筒４０の外周面に接合されている。

【0044】

第２の筒４０と、第４の筒９０との間の環状の領域は、冷却水が流れる冷却流路９３を構成している。第１の半体９１には、冷却流路９３に冷却水を導入可能な導入管１５が接続されている。第２の半体９２には、冷却流路９３から冷却水を排出可能な排出管１６が接続されている。

【0045】

図３及び図５を参照する。第３の筒７０の本体部７１の一部は、第１の筒２０の下端部２０ｂを保持している。中心線ＣＬに沿って、第３の筒７０の本体部７１を見ると（図５参照）、本体部７１は、第１の筒２０の下端部２０ｂの外周面の一部に当接している円弧状の一対の当接部７２,７２を有している。一対の当接部７２,７２は、第１の筒２０の下端部２０ｂに接合されている。本体部７１のうち、一対の当接部７２,７２以外の部位は、第１の筒２０の下端部２０ｂの外周面から径方向外側に離れている。この部位を一対の離間部７３,７３とする。

【0046】

図２及び図５を参照する。第１の流路３０は、バタフライ式のバルブにより開閉可能である。バルブは、棒状の回転軸１０１と、回転軸１０１に固定されている円板状の弁体１０２と、回転軸１０１の両端を支持している円柱状の支持部材１０３,１０３と、を有している。

【0047】

支持部材１０３,１０３は、第３の筒７０の一対の当接部７２,７２に形成された支持孔７２ａ,７２ａ（図３参照）に差し込まれて支持されている。

【0048】

図４を参照する。第１の流路３０を、排気ガスの流れを分岐させる分岐路３１と、分岐路３１の上流側に隣接している上流路３２と、分岐路３１の下流側に隣接している下流路３３と、に区画する。

【0049】

分岐路３１には連通孔２１,２１が位置している。分岐路３１の流路面積Ａ１は一定である。

【0050】

上流路３２は、最も上流側に位置し流路面積Ａ２が一定の第１の定常路３４と、第１の定常路３４の下流側に隣接していると共に下流側に向かって流路面積が小さくなる縮小路３５と、を有している。縮小路３５は、分岐路３１の直ぐ上流側に位置している。

【0051】

下流路３３は、分岐路３１の下流側に隣接しており下流側に向かうに連れて流路面積が大きくなる第１の拡大路３６と、第１の拡大路３６の下流側に隣接しており流路面積Ａ３が一定の第２の定常路３７と、第２の定常路３７の下流側に隣接しており下流側に向かうに連れて流路面積が大きくなる第２の拡大路３８と、第２の拡大路３８の下流側に隣接しており流路面積Ａ４が一定の第３の定常路３９と、を有している。

【0052】

図３及び図４を参照する。第１の筒２０は、単一の部材により構成されている。詳細には、第１の筒２０は、第１の定常路３４を構成している第１の直管部２３と、縮小路３５を構成している縮小部２４と、分岐路３１を構成している分岐部２５と、を有している。

【0053】

さらに、第１の筒２０は、第１の拡大路３６を構成している第１の拡大部２６と、第２の定常路３７を構成している第２の直管部２７と、第２の拡大路３８を構成している第２の拡大部２８と、第３の定常路３９を構成している第３の直管部２９と、を有している。

【0054】

分岐部２５は、第１の筒２０のなかで縮径加工により縮径された部位である。第３の直管部２９は、第１の筒２０のなかで拡径加工により加工された部位である。縮小部２４の外形はテーパ状となっているが、段差状であってもよい。なお、第１の流路３０を構成できるような形状となるように加工する限り、縮径加工又は拡径加工する部位は、適宜選択して良い。

【0055】

第３の流路８０を、バルブの開口よりも上流側の上流路８１と、下流側の下流路８２とに区画する。

【0056】

上流路８１は、第２の拡大部２８及び第３の直管部２９と、離間部７３とに囲われた２つの領域である。下流路８２は、流路面積が一定の定常路８３と、定常路８３の下流側に隣接しており下流側に向かって流路面積が小さくなる縮小路８４と、を有している。

【0057】

バルブ１００により開閉される開口１０５（図５も参照）の面積Ｂ２は、縮小路３５のなかの最小の流路面積Ｂ１よりも大きい（Ｂ２＞Ｂ１）。なお、縮小路３５のなかの最小の流路面積Ｂ１と、分岐路３１の流路面積Ａ１は等しい（Ｂ１＝Ａ１）。流路面積Ａ３と、開口１０５の面積Ｂ２は略等しい（Ａ３≒Ｂ２）。

【0058】

下流路８２のなかの任意の位置（線Ｒの範囲内の位置）の流路面積を流路面積Ｂ３とする。流路面積Ｂ３は、開口１０５の面積Ｂ２よりも大きい（Ｂ３＞Ｂ２）。なお、流路面積Ｂ３と、開口１０５の面積Ｂ２とを等しく設定してもよい（Ｂ３＝Ｂ２）。

【0059】

実施例１では、流路面積Ｂ３は、下流側に向かって流路面積が小さく設定されている。最も下流側の流路面積Ｂ３１は、開口１０５の面積Ｂ２よりも大きい。例えば、最も下流側の流路面積Ｂ３１は、開口１０５の面積Ｂ２と等しく設定しても良い。

【0060】

排熱回収装置１０の動作について説明する。

【0061】

図２を参照する。バルブ１００が閉じている場合、排熱回収装置１０の導入口（第１の筒２０の上端部２０ａ）から導入された排気ガスは、上流路３２と、分岐路３１と、連通孔２１,２１を通過して、第２の流路５０に流れ込む。第２の流路５０に流れ込んだ排気ガスは、熱回収体１４の貫通孔１４ｃに進入し、熱回収体１４を加熱する。熱回収体１４の熱は、第２の筒４０を介して、冷却流路９３を流れる冷却水に伝わり、冷却水が加熱される（熱回収モード）。

【0062】

熱回収体１４と、第２の筒４０と、第４の筒９０とにより、本発明の熱交換器が構成されているといえる。熱交換器は他の周知の構成でもよい。熱回収体１４を通過した排気ガスは、第３の流路８０を通過して、排出口（第３の筒７０の下端部７０ｂ）から排出される。冷却水が所定の温度に達すると、サーモアクチュエータ（不図示）が駆動してバルブ１００が開く。

【0063】

図４を参照する。バルブ１００が開いている場合、排気ガスは、第１の流路３０を流れて、バルブ１００の開口１０５を通過し、さらに第３の流路８０を流れて、排出口から排出される（非回収モード）。

【0064】

実施例１の発明の効果を説明する。

【0065】

図６Ａは、比較例の排熱回収装置６００における圧力分布図である。圧力分布図は、低圧Ｐ１、中圧Ｐ２、高圧Ｐ３の３段階に分けられて描かれている。

【0066】

第１の筒６０１は直管である。第１の筒６０１の流路面積Ｃ１は一定である。バルブ６０２により開閉される開口の面積Ｃ２は、第１の筒６０１の流路面積Ｃ１より小さい（Ｃ２＜Ｃ１）。第３の筒６０３の下端部（排出口）の流路面積Ｃ３は、第１の筒６０１の流路面積Ｃ１と等しい（Ｃ３＝Ｃ１）。

【0067】

このような構成の排熱回収装置６００では、第１の流路６１１の圧力は、高圧Ｐ３となった。第２の流路６１２の圧力は、中圧Ｐ２となった。そのため、矢印（１）に示されるように、排気ガスは、第１の流路６１１から連通孔を介して第２の流路６１２へ流れ込みやすい。

【0068】

さらに、第３の流路６１３の上流側の圧力は中圧Ｐ２となった。一方、第３の筒６０３の下端部（排出口）周辺は低圧Ｐ１となった。そのため、矢印（２）に示されるように、排気ガスは、第３の流路６１３の上流側から下端部（排出口）周辺へ流れやすい。したがって、バルブ６０２が開いている場合であっても、排気ガスは第２の流路６１２を通過しやすく、熱回収が行われてしまう。

【0069】

図４を参照する。実施例１において、第１の流路３０は、連通孔２１,２１が位置しており排気ガスの流れを分岐させる分岐路３１と、下流側に向かって流路面積が小さくなる縮小路３５と、を有している。縮小路３５は、分岐路３１の直ぐ上流側に位置している。

【0070】

バルブ１００により開閉される開口１０５の面積Ｂ２は、縮小路３５のなかの最小の流路面積Ｂ１よりも大きい（Ｂ２＞Ｂ１）。

【0071】

下流路８２のなかの任意の位置（線Ｒの範囲内の位置）の流路面積を流路面積Ｂ３とする。流路面積Ｂ３は、開口１０５の面積Ｂ２よりも大きい（Ｂ３＞Ｂ２）。

【0072】

図６Ｂを参照する。上記の構成の排熱回収装置１０では、高圧Ｐ３となった箇所はない。第１の流路３０のうち、上流路３２の圧力は中圧Ｐ２となり、下流路３３の圧力も中圧となった。分岐路３１の圧力は低圧Ｐ１となった。第２の流路５０の圧力は低圧Ｐ１となった。

【0073】

分岐路３１と、第２の流路５０では、圧力差がないため、矢印（３）に示されるような、分岐路３１から第２の流路５０への排気ガスの流れを抑制することができる。さらに、第２の流路５０と、第３の流路８０はいずれも低圧Ｐ１となった。圧力差がないため、矢印（４）に示されるような、第３の流路８０の上流路３２から排出口付近への流れも抑制できる。

【0074】

以上より、バルブ１００が開いている非回収モードにおいて、熱交換を抑制できる。

【0075】

図２を参照する。加えて、連通孔２１,２１は、熱回収体１４の上端面１４ａよりも上流側に位置している。第２の流路５０は、閉塞部材６０側から第３の流路８０へ向かう流れのみである。第３の流路８０から閉塞部材６０側へ向かう流れがないため、排熱回収装置１０を径方向に小型化することができる。

【0076】

加えて、閉塞部材６０の本体部６３の断面は、波状である。そのため、排気ガスの熱により、第１の筒２０が拡径するように熱伸びした場合であっても、第１の筒の熱伸びを閉塞部材６０が吸収することができる。

【0077】

上記の発明の効果は、以下に説明する実施例２～実施例４においても発揮される。実施例２～４では、第１の筒２０の構成が実施例１と異なる。実施例１と共通する構成については、実施例１と同一の符号を付すると共に説明は省略する。

【0078】

＜実施例２＞
図７を参照する。実施例２の排熱回収装置２００では、第１の筒２０１は、筒状を呈している、上流側の第１の半体２１０と、下流側の第２の半体２２０と、の２つの部材によって構成されている。なお、第１の筒２０１は、３つ以上の部材によって構成してもよい。第１の半体２１０の内部には、後述する第２の縮小路２３４（縮小路）が構成されている。第２の半体２２０は、連通孔２１,２１を有している。

【0079】

第１の流路を、第１の半体２１０の内部である上流側流路２３０と、第２の半体２２０の内部である下流側流路２４０と、に区画する。

【0080】

上流側流路２３０は、最も上流側に位置し流路面積が一定の第１の定常路２３１と、第１の定常路２３１の下流側に隣接して下流側に向かって流路面積が小さくなる第１の縮小路２３２と、第１の縮小路２３２の下流側に隣接しており流路面積が一定の第２の定常路２３３と、第２の定常路２３３の下流側に隣接して下流側に向かって流路面積が小さくなる第２の縮小路２３４（縮小路）と、第２の縮小路２３４の下流側に隣接しており流路面積が一定の第３の定常路２３５と、を有している。

【0081】

第１の半体２１０は、第１の定常路２３１を構成している第１の直管部２１１と、第１の縮小路２３２を構成している第１の縮小部２１２と、第２の定常路２３３を構成している第２の直管部２１３と、第２の縮径路２３４を構成している第２の縮小部２１４と、第３の定常路２３５を構成している第３の直管部２１５と、が一体となって構成されている。

【0082】

下流側流路２４０は、連通孔２１,２１が位置している分岐路２４１と、分岐路２４１の下流側に隣接しており流路面積が一定の第４の定常路２４２と、第４の定常路２４２の下流側に隣接しており下流側に向かうに連れて流路面積が大きくなる第１の拡大路２４３と、第１の拡大路２４３の下流側に隣接しており流路面積が一定の第５の定常路２４４と、を有している。

【0083】

詳細には、第２の半体２２０は、第２の直管部２１３の外周面に対して接合されている接合部２２１と、分岐路２４１を構成している分岐部２２２と、第４の定常路２４２を構成している第４の直管部２２３と、第１の拡大路２４３を構成している第１の拡大部２２４と、第５の定常路２４４を構成している第５の直管部２２５と、が一体となって構成されている。

【0084】

第３の直管部２１５の一部は、分岐路２４１に進入している。第３の直管部２１５の下端部２１５ａは、連通孔２１の上流側の縁２１ｂよりも下流側に位置している。接合部２２１の外周面は、閉塞部材６０と接合している。

【0085】

実施例２では、第１の筒２０１は、第２の縮小路２３４を構成している第１の半体２１０と、連通孔２１,２１を備えた第２の半体２２０と、の２つの部材によって構成されている。すなわち、第２の縮小路２３４と、連通孔２１,２１とをそれぞれ別体に設けているため、各々の半体２１０,２２０の形状が複雑とならない。

【0086】

＜実施例３＞
図８Ａには、実施例３の排熱回収装置を構成する第１の筒３１０が示されている。他の構成は実施例１と同一である。第１の筒３１０は、単一の部材で構成されている。第１の筒３１０は、連通孔３１１,３１１が位置しており排気ガスの流れを分岐させる分岐部３１２を有している。

【0087】

第１の筒３１０の中心線ＣＬに沿う方向から見て（図８Ｂ参照）、分岐部３１２の断面は、全体としてレーストラック形状を呈している。詳細には、分岐部３１２は、互いに平行に延びている一対の直線部３１４,３１４と、一対の円弧状の円弧部３１３,３１３と、が一体となり構成されている。連通孔３１１,３１１は、各々の円弧部３１３,３１３に形成されている。

【0088】

図８Ｃを参照する。第１の筒３１０の内部の第１の流路３２０の構成は、実施例１の第１の流路３０（図４参照）の基本的な構成と同一である。即ち、第１の流路３２０は、第１の定常路３２１、縮小路３２２、分岐路３２３、第１の拡大路３２４、第２の定常路３２５、第２の拡大路３２６、第３の定常路３２７と、に区画できる。

【0089】

第１の筒３１０の分岐部３１２の断面は、レーストラック形状を呈している。そのため、円筒状の直管を径方向に挟み込んで潰すように塑性加工することにより、分岐部３１２を形成することができる。円筒状の直管の径を全周に亘り小さくする縮径加工と比較すると、簡素な加工で第１の流路３２０を構成することができる。

【0090】

＜実施例４＞
図９Ａ、図９Ｂを参照する。図９Ａには、実施例４の排熱回収装置を構成する第１の筒４１０が示されている。他の構成は実施例１と同一である。第１の筒４１０は、単一の部材で構成されている第１の筒４１０の内部には、第１の流路４２０を流れる排気ガスをガイドするガイド板４３０が配置されている。

【0091】

ガイド板４３０は、第１の筒４１０の内周面４１０ａに対して接合されている。ガイド板４３０は、内周面４１０ａとの接合箇所を起点として、下流側に傾いている。

【0092】

図９Ｃを参照する。ガイド板４３０のガイド面４３１と、内周面４１０ａとに囲われた領域が、縮小路４２２を構成している。第１の流路４２０を、上流側から、第１の定常路４２１と、縮小路４２２と、分岐路４２３と、第２の定常路４２４と、拡大路４２５と、第３の定常路４２６と、に区画する。第１の定常路４２１と、分岐路４２３と、第２の定常路４２４との流路面積は、互いに等しい。

【0093】

ガイド板４３０と、連通孔４１１とは、周方向に同じ位置にあるが、周方向に互いに異なる位置に配置してもよい。

【0094】

ガイド板４３０のガイド面４３１と、内周面４１０ａとに囲われた領域が、縮小路４２２を構成している。第１の筒４１０のなかの、拡大路４２５よりも上流側の部位の外形は一定である。実施例１～実施例３と異なり、縮小路４２２を構成するための塑性加工を施さずに、縮小路４２２を構成することができる。

【0095】

なお、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例１～４に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0096】

１０…排熱回収装置
１４…熱回収体（熱交換器）
２０…第１の筒
３０…第１の流路
３１…分岐路
３５…縮小路
４０…第２の筒
５０…第２の流路
６０…閉塞部材
７０…第３の筒
１００…バルブ
１０５…開口
Ｂ１…縮小路のなかの最小の流路面積
Ｂ２…バルブにより開閉される開口の面積
Ｂ３…バルブより後方で、第３の流路のなかの任意の位置における流路面積
２００…排熱回収装置
２０１…第１の筒
２１０…第１の半体
２２０…第２の半体
３１０…第１の筒
３１１…連通孔
３１２…分岐部の断面（連通孔が位置している部位の断面）
３２０…第１の流路
４１０…第１の筒
４１０ａ…第１の筒の内周面
４１１…連通孔
４３０…ガイド板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】